桥梁安全运营监测与管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种桥梁安全运营监测与管理系统，包括实时采集和获取桥梁结构响应数据的感应单元、对桥梁结构响应数据进行处理和分析的分析单元、根据经过处理和分析的数据为用户提供若干功能和服务的应用单元、将输出数据以图表和报告形式向桥梁管理者展示的展示单元以及存储和管理各单元数据的数据库和数据管理单元，各单元之间通过传输单元相互传输数据和信息，实时监测采集数据对桥梁结构性能的影响，及时查明结构现存缺陷与质量衰变，并评估分析其在所处环境条件下的可能发展势态及其对结构安全运营造成的潜在威胁，并向相关部门提供实时、定期和非定期的桥梁结构的安全状态信息服务，为养护需求、养护措施等决策提供科学依据。
【专利说明】
桥梁安全运营监测与管理系统
技术领域
[0001]本发明属于桥梁健康监测与管理技术领域，特别涉及一种桥梁安全运营监测与管理系统。
【背景技术】
[0002]随着我国高速公路的快速发展及国家“五纵七横”12条国道主干线全部建成，公路行业发展重心将逐渐由“新建”转向“管养”。然而，近些年，由于超载、撞击、违法作业、自然灾害或环境变化等因素的显著作用，使得我国危桥数量居高不下，国内国外重大基础建设安全事故频发。此外，我国有40 %的桥梁建于20世纪90年代及以前，而桥梁病害集中暴露区集中在建成投入使用的20-30年后，因此可以预见在未来的10到20年内，我国必将提前迎来大范围的桥梁老化现象，公路桥梁正逐步进入风险高发期。
[0003]然而，目前现有的桥梁养护管理系统(CBMS)主要侧重于对现有桥梁进行档案管理、状况登记、评估分析、状态预测等，且其数据的获取仍以传统的人工巡检为主，而由人工检查做出的评估结果有56%是不恰当的；此外，桥梁养护工作基本上还停留在建立技术档案、清扫桥梁、疏通泄水管、修复损坏的栏杆和桥面铺装，不能满足实际工程的要求。
[0004]目前桥梁健康监测系统是国内外公认的桥梁监管行之有效的解决方案，然而现有桥梁健康监测系统由于其系统规模决定的测量数据不完整性等带来的分析困难，对大量原始数据的实时处理和分析研究滞后，以及系统本身的稳定性差、抗干扰性和耐久性不足、专业程度高等，使其寿命难以得到保证，进而限制了其系统的应用。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种经济、适用、可靠的桥梁安全运营监测与管理系统，为养护需求、养护措施等决策提供科学依据，以达到运用有限的养护资金获得最佳养护效果，确保结构安全运营的目的。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0007]桥梁安全运营监测与管理系统，包括用于实时采集和获取桥梁结构响应数据的感应单元、用于对桥梁结构响应数据进行处理和分析的分析单元、用于根据经过处理和分析的桥梁结构数据为用户提供若干功能和服务的应用单元、用于将分析单元及应用单元输出的信息以图表和报告形式向桥梁管理者展示的展示单元以及用于存储和管理各单元数据的数据库和数据管理单元，上述的各单元之间通过传输单元相互传输数据和信息。
[0008]进一步地，所述的感应单元包括用于记录桥梁结构静动态、交通、载荷响应信息的传感器模块和负责传感器信号的采集、调理、预处理、传输的数据采集模块。
[0009]进一步地，所述的分析单元包括用于接收感应单元输出数据并对数据进行处理的数据处理模块以及用于对经过处理的数据进行分析的结构模型分析模块、视频分析模块和统计分析模块。
[0010]进一步地，所述的数据库和数据管理单元包括用于存储数据的数据库和用于对数据库内数据进行管理的数据管理模块，所述的数据管理模块包括用于提供各种桥梁信息和档案资料的录入、组织及管理的桥梁信息管理子模块，用于将桥梁监测数据接入、存储、处理、展示的桥梁监测数据管理子模块，用于系统内各种业务数据查询、统计及管理的查询统计子模块，用于提供数字化巡检管理和桥梁维修信息管理的巡检养护数据管理子模块，用于管理系统行政区划、组织结构、用户及角色权限、系统配置、系统日志信息的系统数据管理子模块。
[0011]进一步地，所述的应用单元包括用于将经过分析单元处理的数据转换成图表形式的监测模块、用于根据分析单元提供信息分析桥梁健康情况并产生安全评估报告的安全评估模块、用于对分析单元提供信息进行预警并根据预警的类型和等级做出对应处理的预警管理模块、用于根据预警和安全评估报告为桥梁养护提供辅助方案和相关知识信息的决策辅助模块以及用于管理桥梁监测设备工作情况和维修维护并定期标定设备的运营管理模块。
[0012]进一步地，所述的展示单元包括网站信息门户、PC终端和移动终端客户端及多媒体终端。
[0013]进一步地，所述的传输单元包括作为信息传输通道的通信模块和网络模块以及用于保障信息传输安全稳定的信息安全认证模块。
[0014]本发明的有益效果:本发明包括感知单元、传输单元、分析单元、应用单元、展示单元和数据库及数据管理单元六部分，具有以下有益效果:
[0015]1、感知单元使用传感模块自动采集桥梁结构静动态、交通、载荷响应信息，相比传统的人工巡检采集桥梁信息，测量数据准确率高，节约人力成本，工作效率高。
[0016]2、分析单元通过数据处理模块、模型分析模块、视频分析模块和统计分析模块对采集的数据进行处理和专项分析，实现高效的大数据分析处理，减少用户在一手数据的获取及整理上的工作量;应用单元通过监测模块、安全评估模块、预警管理模块、决策辅助模块和运营管理模块提供各项专业服务，实时监测桥梁结构安全状态，在安全事故发生前提早预警，给出科学合理的桥梁结构安全评估，对于桥梁安全问题，提供决策辅助方案，辅助管理者合理处置，向相关部门提供实时、定期和非定期的信息推送服务，让用户只需关注桥梁的监测功能，真正实现桥梁在线监测方便高效，安全稳定。
[0017]3、本发明采用用实时监测、定期检测及日常检查相结合的方法，实时监测和跟踪材料、环境、载荷等对桥梁结构性能的影响，及时查明结构现存缺陷与质量衰变，并评估分析其在所处环境条件下的可能发展势态及其对结构安全运营造成的可能潜在威胁，并向相关部门提供实时、定期和非定期的桥梁结构的安全状态信息服务，为养护需求、养护措施等决策提供科学依据。
【附图说明】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
[0019I图1是本发明示意图。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，本发明提供了一种桥梁安全运营监测与管理系统，包括用于实时采集和获取桥梁结构响应数据的感应单元、用于对桥梁结构响应数据进行处理和分析的分析单元、用于根据经过处理的桥梁结构数据为用户提供若干功能和服务的应用单元、用于将分析单元及应用单元输出的信息以图表和报告形式向桥梁管理者展示的展示单元以及用于存储和管理各单元数据的数据库和数据管理单元，上述的各单元之间通过传输单元相互传输数据和信息。
[0021]感应单元包括用于记录桥梁结构静动态、交通、载荷响应信息的传感器模块和负责传感器信号的采集、调理、预处理、传输的数据采集模块，传感器模块包括风速风向仪、加速度传感器、倾角传感器、位移计、应力传感器、静力水准仪、索力计、表面应变计、温度传感器和视频监控设备，传感器模块记录桥梁结构静动态、交通、载荷等响应信息，并以模拟或数字信号反馈给数据采集模块，数据采集模块对采集到的传感器信号进行调理和预处理后，将数据传输到分析单元。
[0022]分析单元包括用于接收感应单元输出数据并对数据进行处理的数据处理模块以及用于对经过处理的数据进行专项分析的结构模型分析模块、视频分析模块和统计分析模块，数据处理模块接收到感应单元输出数据后，对数据进行处理，得到桥梁结构的有效数据，通过结构模型分析模块、超限识别分析模块和统计分析模块对桥梁结构的有效数据进行专项分析，得出各项桥梁结构健康数据，并将数据存储到数据库和数据管理单元。
[0023]数据库和数据管理单元包括用于存储数据的数据库和用于对数据库内数据进行管理的数据管理模块，数据管理模块包括用于提供各种桥梁信息和档案资料的录入、组织及管理的桥梁信息管理子模块，用于将桥梁监测数据接入、存储、处理、展示的监测数据管理子模块，用于系统内各种业务数据查询、统计及管理的查询统计子模块，用于提供数字化巡检管理和桥梁维修信息管理的巡检养护数据管理子模块，用于管理系统行政区划、组织结构、用户及角色权限、系统配置、系统日志信息的系统数据管理子模块。
[0024]应用单元包括用于将经过分析单元处理的数据转换成图表形式的监测模块、用于根据分析单元提供信息分析桥梁健康情况并产生安全评估报告的安全评估模块、用于对分析单元提供信息进行预警并根据预警的类型和等级做出对应处理的预警管理模块、用于根据预警和安全评估报告为桥梁养护提供辅助方案和相关知识信息的决策辅助模块以及用于管理桥梁监测设备工作情况和维修维护并定期标定设备的运营管理模块。
[0025]安全评估模块提供在线评估和离线评估模型，从数据库中调用相关桥梁结构监测数据，对桥梁的结构安全等级进行评估，包括桥梁技术状况评估、桥梁安全性评估等，并根据评估的等级给出桥梁巡检维护的建议，并推送至相关管理部门。
[0026]预警管理模块提供多种预测预警模型以及数据分析的模型，从数据库中调用相关桥梁结构监测数据，一旦监测数据超出设定的阈值或容许值，系统就会产生报警信息，产生的报警信息经专家确认后及时发送给相应的桥梁管理部门，桥梁管理部门根据我们的预警类型及级别等采取相关的措施，如交通管制、维修处理等。
[0027]决策辅助模块与预警和安全评估挂钩，根据桥梁安全评估报告和预警类型等级，为桥梁养护提供辅助方案和相关知识信息，并推送至相关管理部门。
[0028]展示单元包括网站信息门户、PC终端和移动终端客户端及多媒体客户端，将桥梁健康结构信息、安全评估报告、预警类型等级信息和决策辅助方案等监测信息以图表和报告等直观形式向桥梁管理者展示，桥梁管理者使用多媒体终端、PC终端、移动终端通过因特网访问获取这些信息，采取相应的措施对桥梁进行安全管理。
[0029]传输单元包括作为信息传输通道的通信模块和网络模块以及用于保障信息传输安全稳定的信息安全认证模块。
[0030]本发明包括感知单元、传输单元、分析单元、应用单元、展示单元和数据库及数据管理单元六部分，感知单元使用传感模块自动采集桥梁结构静动态、交通、载荷响应信息，相比传统的人工巡检采集桥梁信息，测量数据准确率高，节约人力成本，工作效率高；分析单元通过数据处理模块、模型分析模块、视频分析模块和统计分析模块对采集的数据进行处理和专项分析，实现高效的大数据分析处理，减少用户在一手数据的获取及整理上的工作量;应用单元通过监测模块、安全评估模块、预警管理模块、决策辅助模块和运营管理模块提供各项专业服务，实时监测桥梁结构安全状态，在安全事故发生前提早预警，给出科学合理的桥梁结构安全评估，对于桥梁安全问题，提供决策辅助方案，辅助管理者合理处置，向相关部门提供实时、定期和非定期的信息推送服务，让用户只需关注桥梁的监测功能，真正实现桥梁在线监测方便高效，安全稳定。本发明采用用实时监测、定期检测及日常检查相结合的方法，实时监测和跟踪材料、环境、载荷等对桥梁结构性能的影响，及时查明结构现存缺陷与质量衰变，并评估分析其在所处环境条件下的可能发展势态及其对结构安全运营造成的可能潜在威胁，并向相关部门提供实时、定期和非定期的桥梁结构的安全状态信息服务，为养护需求、养护措施等决策提供科学依据。
[0031]以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.桥梁安全运营监测与管理系统，其特征在于:包括用于实时采集和获取桥梁结构响应数据的感应单元、用于对桥梁结构响应数据进行处理和分析的分析单元、用于根据经过处理和分析的桥梁结构数据为用户提供若干功能和服务的应用单元、用于将分析单元及应用单元输出的信息以图表和报告形式向桥梁管理者展示的展示单元以及用于存储和管理各单元数据的数据库和数据管理单元，上述的各单元之间通过传输单元相互传输数据和信息。2.根据权利要求1所述的桥梁安全运营监测与管理系统，其特征在于:所述的感应单元包括用于记录桥梁结构静动态、交通、载荷响应信息的传感器模块和负责传感器信号的采集、调理、预处理、传输的数据采集模块。3.根据权利要求1所述的桥梁安全运营监测与管理系统，其特征在于:所述的分析单元包括用于接收感应单元输出数据并对数据进行处理的数据处理模块以及用于对经过处理的数据进行分析的结构模型分析模块、视频分析模块和统计分析模块。4.根据权利要求1所述的桥梁安全运营监测与管理系统，其特征在于:所述的数据库和数据管理单元包括用于存储数据的数据库和用于对数据库内数据进行管理的数据管理模块，所述的数据管理模块包括用于提供各种桥梁信息和档案资料的录入、组织及管理的桥梁信息管理子模块，用于将桥梁监测数据接入、存储、处理、展示的桥梁监测数据管理子模块，用于系统内各种业务数据查询、统计及管理的查询统计子模块，用于提供数字化巡检管理和桥梁维修信息管理的巡检养护数据管理子模块，用于管理系统行政区划、组织结构、用户及角色权限、系统配置、系统日志信息的系统数据管理子模块。5.根据权利要求1所述的桥梁安全运营监测与管理系统，其特征在于:所述的应用单元包括用于将经过分析单元处理的数据转换成图表形式的监测模块、用于根据分析单元提供信息分析桥梁健康情况并产生安全评估报告的安全评估模块、用于对分析单元提供信息进行预警并根据预警的类型和等级做出对应处理的预警管理模块、用于根据预警和安全评估报告为桥梁养护提供辅助方案和相关知识信息的决策辅助模块以及用于管理桥梁监测设备工作情况和维修维护并定期标定设备的运营管理模块。6.根据权利要求1所述的桥梁安全运营监测与管理系统，其特征在于:所述的展示单元包括网站信息门户、PC终端和移动终端客户端及多媒体客户端。7.根据权利要求1所述的桥梁安全运营监测与管理系统，其特征在于:所述的传输单元包括作为信息传输通道的通信模块和网络模块以及用于保障信息传输安全稳定的信息安全认证模块。
【文档编号】G01D21/02GK106017556SQ201610356485
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】李祥东, 孔永祥, 徐磊, 杨广, 王玫
【申请人】清华大学合肥公共安全研究院, 合肥泽众城市智能科技有限公司